CN106705897B - 曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，属于光学三维测量技术领域。本发明所述方法将结构光照明技术用于电子显示屏玻璃面板缺陷检测领域，克服了传统检测方法无法对带弧边的玻璃面板曲率较大的弧边进行高精度检测的缺点，对于带弧边的玻璃面板可以同时高精度检测双侧弧边和中间平面部分的缺陷，具有快速、高精度、非接触、高灵敏度等优点。

Description

曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及光学三维测量的技术领域，具体涉及一种曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法。

背景技术

随着移动互联网行业的迅猛发展及手机、平板电脑等电子产品市场的快速扩张，用于保护电子产品显示屏的玻璃面板也越来越多样化。为满足用户舒适度要求，越来越多的电子产品开始配备带弧边的玻璃面板。近年来随着曲面显示屏的出现并在部分手机上的成功应用，用于保护曲面屏的带弧边的玻璃面板的市场也飞速发展。各类电子显示屏玻璃面板需求量日益增大，其加工过程中的质量控制也备受关注，而缺陷检测是其中非常重要的环节。

传统检测方法主要基于反射光或透射光光强检测原理，而带弧边的玻璃面板弧边部分由于曲率较大，表面不同位置缺陷和检测系统的相对角度差别就比较大，不同角度采集到的光强就会有很大差别，在光强比较大的位置效果会比较好，但是光强比较小的位置就难以检测出缺陷，且不同缺陷在同样光源情况下同样位置得到的光强也是不一样的，所以对曲率较大的弧边部分难以设计出合适的光源和摆放位置及角度来完全检测整个弧边。

发明内容

针对上述传统检测方法的不足之处，本发明公开了曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，将结构光照明技术用于电子显示屏玻璃面板缺陷检测领域，克服了传统检测方法无法对带弧边的玻璃面板曲率较大的弧边进行高精度检测的缺点，对于带弧边的玻璃面板可以同时高精度检测双侧弧边和中间平面部分的缺陷，具有快速、高精度、非接触、高灵敏度等优点。

本发明的技术方案如下：

曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，包括如下步骤：

步骤一：生成并投射两组周期性条纹结构光在待检测的弧形玻璃面板表面，一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板长边平行，另一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板短边平行，其周期小于与待检测的弧形玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光的周期；

步骤二：分别采集待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域经步骤一所述的两组周期性条纹结构光照射后反射的两方向变形结构光图像并存储；

步骤三：分别对步骤二得到的三个区域的两方向变形结构光图像进行相位解调、相位展开后得到三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据；

步骤四：分别对步骤三得到的三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据进行滤波得到含有缺陷高频信息的图像，再分别通过计算滤波后所得图像灰度分布的均值或标准差来设定阈值，对滤波后所得图像进行二值化处理完成缺陷高频信息的提取，得到三个区域上两方向分别的缺陷分布情况，再对三个区域上两方向二值化结果进行或运算得到三个区域上两方向整合的缺陷分布情况；

步骤五：通过对待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的数据拼接与融合算法来得到完整的待检测的弧形玻璃面板的表面缺陷分布情况。

具体的，所述周期性条纹结构光由结构光照明系统产生，所述结构光照明系统可以是传统光源和透射式光栅的组合，可以是计算机编码并由显示屏显示的方式，也可以用计算机编码并由投影仪投射到幕布上的方式来达到更高的亮度要求。

具体的，步骤一所述两组周期性条纹结构光可以同时产生并投射；

也可以只产生一组周期可调的周期性条纹结构光，先使所述周期性条纹结构光与所述待检测的弧形玻璃面板的长边或短边平行，待采集完该方向的变形结构光图像后改变方向使此时的周期性条纹结构光方向与待检测的弧形玻璃面板的另一边平行，同时改变该周期性条纹结构光周期，使之满足与待检测的弧形玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光周期大于与待检测的弧形玻璃面板短边平行的周期性条纹结构光周期。

具体的，所述步骤二中对待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的两方向变形结构光图像可由一个可移动的图像采集系统分别采集，也可由三个图像采集系统分别置于所述结构光照明系统两侧和所述结构光照明系统前进行采集，所述图像采集系统可以用相机，也可以用其他能够采集图像的设备。

具体的，所述图像采集系统和结构光照明系统与待检测的弧形玻璃面板之间的角度和距离可以调节，只要满足下列条件

α+β<90°

其中α为弧边对应圆心角，β为采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统的光轴与待检测的弧形玻璃面板平面部分所在平面夹角；

考虑到图像采集系统视场要覆盖整个弧边，采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统到待检测的弧形玻璃面板的弧边中心距离D应满足：

D≥f*L/d

其中，L为待检测的弧形玻璃面板弧边长，d为采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统的传感器面板长度，f为焦距；

结构光照明系统所在平面与待检测的弧形玻璃面板的平面部分所在平面之间夹角a一般为30°，采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统的光轴与待检测的弧形玻璃面板平面部分所在平面之间夹角b一般为60°；

考虑到图像采集系统视场要覆盖整个平面部分，采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统到待检测的弧形玻璃面板平面部分较近短边中心距离D0应满足：

其中，L0为待检测的弧形玻璃面板平面部分长度，d0为采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统的传感器面板长度，f0为焦距。

本发明的有益效果如下：

本发明将结构光照明技术用于电子显示屏玻璃面板缺陷检测领域，克服了传统检测方法无法对带弧边的玻璃面板曲率较大的弧边进行高精度检测的缺点，对于带弧边的玻璃面板可以同时高精度检测双侧弧边和中间平面部分的缺陷，具有快速、高精度、非接触、高灵敏度等优点，可以满足目前市面上绝大部分玻璃面板的检测要求。

附图说明

图1是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法的流程示意图。

图2是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法的一种可以实现的装置的整体结构示意图。

图3是正弦条纹结构光的技术原理图。

图4是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法的结构光照明系统和图像采集系统与待检测玻璃面板的位置结构示意图。

图5是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法中检测玻璃面板中间平面部分缺陷三维图像的结构原理图。

图6是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法中检测两侧弧形区域的图像采集系统的视场示意图。

图7是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法中检测玻璃面板中间平面部分的图像采集系统的视场示意图。

具体实施方式

结构光照明技术基于相位和梯度检测原理，缺陷相对周围位置相位和梯度变化比光强变化更明显，对于玻璃表面各类大小、深浅不一的缺陷都可根据相位和梯度的变化准确检测出来，具有非接触性、高灵敏度、高精度，高效率等优点。

本发明公开了曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，该方法将结构光照明技术应用于电子显示屏玻璃面板缺陷检测领域，克服了传统测量方法无法高精度测量带弧边的玻璃面板曲率较大的弧边缺陷的缺点，对于带弧边的玻璃面板可以同时高精度检测双测弧边及中间平面部分。

如图1所示是本发明提供的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法的流程示意图，主要包括以下步骤：

步骤一：生成并投射结构光图像：生成两组周期性条纹结构光投射在待检测的弧形玻璃面板表面，一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板长边平行，另一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板短边平行且周期小于与待检测的弧形玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光的周期，由于双侧弧边部分曲率较大，会使实际拍摄得到的与弧边长边同方向的周期性条纹结构光周期压缩，该方向需要较大周期的周期性条纹结构光。其中周期性条纹结构光可由结构光照明系统产生，所述结构光照明系统可以产生并投射步骤一所述两组周期性条纹结构光；也可以置于可旋转支架上，只产生一组周期性条纹结构光，先使所述周期性条纹结构光与所述待检测的玻璃面板的长边或短边平行，待采集完该方向的变形结构光图像后改变该周期性条纹结构光周期，使之满足与待检测玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光周期大于与待检测玻璃面板短边平行的周期性条纹结构光周期，再旋转支架使此时的周期性条纹结构光方向与之前的方向垂直。结构光照明系统既可以是传统光源和透射式光栅的组合，也可以是计算机编码并由显示屏显示的方式，也可以用计算机编码并由投影仪投射到幕布上的方式来达到更高的亮度要求。

步骤二：采集变形结构光图像：分别采集待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的经待测弧形玻璃面板表面调制后的周期性条纹反射结构光，得到三个区域的两方向变形结构光图像并存储，可由一个可移动的图像采集系统分别采集，也可由三个图像采集系统分别置于所述结构光照明系统两侧和所述结构光照明系统前进行采集；图像采集系统既可以用相机，也可以用其他能够采集图像的设备。

步骤三：处理变形结构光图像得到梯度：分别对步骤二得到的三个区域的两方向变形结构光图像进行相位解调、相位展开后得到三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据。

步骤四：对两方向梯度数据进行处理识别缺陷：分别对步骤三得到的三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据进行滤波得到含有缺陷高频信息的图像，再分别通过计算滤波后所得图像灰度分布的均值或标准差来设定阈值，对滤波后所得图像进行二值化处理完成缺陷高频信息的提取，得到三个区域上两方向分别的缺陷分布情况，再对三个区域上两方向二值化结果进行或运算得到三个区域上两方向整合的缺陷分布情况；由于两个方向结构光分别对与之平行方向的缺陷不敏感，进行或运算后可以整合两方向的检测结果。

步骤五：通过对待检测玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的数据拼接与融合算法来得到完整的待检测玻璃表面的缺陷分布情况，显示检测结果。

所述方法的实现装置主要包含结构光照明系统，图像采集系统、样品台和计算机，如图2所示是一种可以实现本发明所述方法的装置的整体结构示意图，结构光照明系统产生并投射步骤一所述两组周期性条纹结构光；图像采集系统1和图像采集系统2放置于结构光照明系统两侧，图像采集系统3放置于结构光照明系统前。图像采集系统1和图像采集系统2用于采集玻璃面板左右两侧弧边缺陷的三维图像，图像采集系统3用于采集玻璃面板中间平面部分缺陷的三维图像。

图像采集系统和结构光照明系统与待测玻璃面板之间的角度和距离都可以根据实际需要进行调节。如图2所示，旋钮1、旋钮4和旋钮7分别用于调节图像采集系统1、图像采集系统2和图像采集系统3的垂直高度，旋钮2、旋钮5和旋钮8分别用于调节图像采集系统1、图像采集系统2和图像采集系统3的水平位置，旋钮3、旋钮6和旋钮9分别用于调节图像采集系统1、图像采集系统2和图像采集系统3的角度，旋钮10用于调节结构光照明系统的垂直高度，调节结构光照明系统角度的旋钮12位于结构光照明系统背后，图2中并未画出，旋钮11用于调节放置待测玻璃面板的升降台的垂直高度。

如图4所示，弧边对应圆心角为α，图像采集系统1和图像采集系统2的光轴与待测玻璃面板平面部分所在平面夹角β应满足：

α+β<90°

设待测玻璃面板弧边长为L，图像采集系统1和图像采集系统2的传感器面板部分长为d，焦距为f，考虑到图像采集系统视场要覆盖整个弧边，如图6所示，图像采集系统1和2到待测玻璃弧边中心距离D应满足：

D≥f*L/d

如图5所示，结构光照明系统所在平面与待测玻璃面板平面部分所在平面之间夹角a一般为30°，图像采集系统3的光轴与待测玻璃面板平面部分所在平面之间夹角b一般为60°。

如图7所示，设待测玻璃面板平面部分长为L0，图像采集系统3的传感器面板部分长为d0，焦距为f0，考虑到图像采集系统视场要覆盖整个平面部分，图像采集系统3到待测玻璃面板平面部分较近短边中心距离D0应满足：

以正弦条纹结构光为例，其原理如图3所示。由结构光照明系统产生的含相移的条纹图像经待测玻璃面板表面进行调制并由图像采集系统采集变形条纹图像并存储到计算机中。

采用N步相移法求解相位，图像采集系统接收被待测弧形玻璃面板表面调制的某帧变形条纹可表示为：

I_n(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)·cos[φ(x,y)+α_n]

其中，A(x,y)为背景光强度，B(x,y)/A(x,y)表示条纹对比度，φ(x,y)为经待测弧形玻璃面板表面表面调制的相位，α_n为相移大小。结合N幅条纹图，采用最小二乘法即可得经待测玻璃面板表面表面调制的相位的表达式：

上式存在的反正切函数使得到的相位值处于(-π,π)之间，呈周期性分布，存在相位截断现象。利用相位展开算法可以得到待测玻璃面板表面的x,y两个方向的连续相位分布。

待测玻璃面板表面两个方向梯度值分布与相位值分布的关系可分别表示为：

其中：gx、gy分别表示x,y两个方向的梯度值，

分别表示x,y两个方向的相位差值，P_x和P_y表示结构光照明系统上x、y两个方向上正弦条纹的周期，L_y为结构光照明系统到待测弧形玻璃面板中心的距离，若测双侧弧边则为到两侧弧边中心的距离。根据上述关系式即可求出x、y两个方向的梯度分布，进行滤波得到含有缺陷高频信息的图像，再分别通过计算滤波后所得图像灰度分布的均值或标准差来设定阈值，对滤波后所得图像进行二值化处理完成缺陷高频信息的提取，即可得到待测玻璃面板表面缺陷分布情况。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，包括如下步骤：

步骤一：生成两组周期性条纹结构光投射在待检测的弧形玻璃面板表面，一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板长边平行，另一组周期性条纹结构光与待检测的弧形玻璃面板短边平行且周期小于与待检测的弧形玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光的周期；

步骤二：在待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域分别设置一个图像采集系统，分别用于采集待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的经待测弧形玻璃面板表面调制后的周期性条纹反射结构光，得到三个区域的两方向变形结构光图像并存储；

步骤三：分别对步骤二得到的三个区域的两方向变形结构光图像进行相位解调、相位展开后得到三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据；

步骤四：分别对步骤三得到的三个区域的两方向变形结构光图像的梯度数据进行滤波得到含有缺陷高频信息的图像，再分别通过计算滤波后所得图像灰度分布的均值或标准差来设定阈值，对滤波后所得图像进行二值化处理完成缺陷高频信息的提取，得到三个区域上两方向分别的缺陷分布情况，再对三个区域上两方向二值化结果进行或运算得到三个区域上两方向整合的缺陷分布情况；

步骤五：通过对待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域、右侧弧形区域和中间平面区域的数据拼接与融合算法来得到完整的待检测的弧形玻璃面板的表面缺陷分布情况；

所述缺陷检测方法满足式(1)、式(2)、式(3)，

α+β<90° (1)

α为待检测的弧形玻璃面板左侧弧形区域和右侧弧形区域的弧边对应圆心角，β为采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统的光轴与待检测的弧形玻璃面板平面部分所在平面夹角；

D≥f*L/d (2)

D为采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统到待检测的弧形玻璃面板两侧弧形区域的弧边中心距离，L为待检测的弧形玻璃面板两侧弧形区域的弧边长，d为采集弧形玻璃面板两侧弧形区域的图像采集系统的传感器面板长度，f为焦距；

结构光照明系统所在平面与待检测的弧形玻璃面板的平面部分所在平面之间夹角a为30°，采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统的光轴与待检测的弧形玻璃面板平面部分所在平面之间夹角b为60°；

D0为采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统到待检测的弧形玻璃面板平面部分较近短边的中心距离，L0为待检测的弧形玻璃面板平面部分长度，d0为采集弧形玻璃面板中间平面区域的图像采集系统的传感器面板长度，f0为焦距。

2.根据权利要求1所述的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，其特征在于，所述周期性条纹结构光由结构光照明系统产生，所述结构光照明系统可以是传统光源和透射式光栅的组合，可以是计算机编码并由显示屏显示的方式，也可以用计算机编码并由投影仪投射到幕布上的方式来达到更高的亮度要求。

3.根据权利要求1所述的曲面电子显示屏用弧形玻璃面板缺陷检测方法，其特征在于，步骤一所述两组周期性条纹结构光可以同时产生并投射；

也可以只产生一组周期可调的周期性条纹结构光，先使所述周期性条纹结构光与所述待检测的弧形玻璃面板的长边或短边平行，待采集完该方向的变形结构光图像后改变方向使此时的周期性条纹结构光方向与待检测的弧形玻璃面板的另一边平行，同时改变该周期性条纹结构光周期，使之满足与待检测的弧形玻璃面板长边平行的周期性条纹结构光周期大于与待检测的弧形玻璃面板短边平行的周期性条纹结构光周期。

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